[논문]FEMWATER 모델을 이용한 제방침투 수치모델링

이진용; 김지현; 이남주; 류권규

FEMWATER 모델을 이용한 제방침투 수치모델링
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이진용 (동의대학교) , 김지현 (경성대학교) , 이남주 (경성대학교) , 류권규 (동의대학교)

3차원 유한요소 지하수 모형인 FEMWATER를 이용하여 실험실내에 축조된 모형 제방의 정상상태 침투흐름을 분석하였다. 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 홍수위 증가에 따른 비정상 상태의 침투수위 변화를 모의하였으며, 제외지 수위는 0.15 m, 0.20 m, 0.25 m, 0.30 m의 4가지 수심(각각 Case1~4) 조건으로 하였다. FEMWATER 모형의 매개변수는 투수계수, 수리전도도가 있으며, 각 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 수치모델링은 수리모형실험과 실험조건을 동일하게 하였으며, 수리모형실험에서 사용한 제방재료의 투수계수를 사용하였으며 제방의 투수계수는 1.35 m/day이다. 수치모형에 사용한 3차원 ?자의 층별 최대 높이는 0.05 m로 제한하였으며 3차원 유한요소망은 삼각형 요소를 사용하였다. 수치해석 결과는 수리모형실험 결과와 비교적 같은 양상을 보였으며, 침윤선의 상태를 확인할 수 있었다.

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문제 정의

본 연구에서는 지하수 침투를 위한 수치 모형인 FEMWATER 모형을 이용하여 제체내 침투를 모의하고자 한다. 또한, 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다.
또한, 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 이를 통하여, 수치 모형에 의한 제체내 침투 모의 결과를 검증고자 하였다.

제안 방법

실험에서 수행한 Case1~Case4에 대해 수치 모의를 하였다. FEMWATER 모형의 매개변수는 투수계수, 수리전도도가 있으며, 각 매개변수에 대한 민감도 분석을 수행하였다. 수치모델링은 수리모형실험과 실험조건을 동일하게 하였으며, 이 때 제방의 투수계수는 1.
본 연구에서는 지하수 침투를 위한 수치 모형인 FEMWATER 모형을 이용하여 제체내 침투를 모의하고자 한다. 또한, 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 이를 통하여, 수치 모형에 의한 제체내 침투 모의 결과를 검증고자 하였다.
30 m로 제작하였다. 모형 제방은 실물 제방의 축조 방법과 유사하게 다짐을 하기 위해 흙을 쌓으면서 0.10 m 높이마다 층 다짐을 실시하였다. 들밀도실험에 의한 제방모형의 건조 단위중량과 다짐도는 각각 1.
수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 모형 제방의 축조 재료는 부산광역시 강서구 명지동에 위치한 낙동강 하류의 4대강 사업 낙동강 제2하구둑 건설 현장에서 구한 것이며, 입도분석과 들밀도시험을 통해 제방재료의 특성을 분석하였다. 해석 대상은 그림 1과 같이 하부투수층과 상부의 제방을 대상으로 하였으며, 제방 사면의 경사는 1:3, 투수층 제방 저면의 길이는 2.
본 연구에서는 지하수 침투를 위한 수치 모형인 FEMWATER 모형을 이용하여 제체내 침투를 모의하고자 한다. 또한, 수치 모형의 비교와 검증을 위해 실험실내에 모형 제방을 축조하였다. 이를 통하여, 수치 모형에 의한 제체내 침투 모의 결과를 검증고자 하였다.
372 g/cm³와 93%로 측정되었다. 홍수위 증가에 따른 비정상 상태의 침투수위 변화를 모의하였으며, 제외지 수심은 0.15 m, 0.20 m, 0.25 m, 0.30 m의 4가지 (각각 Case1～Case4) 조건으로 하였다. 제외지 지반이 0.

대상 데이터

모형 제방의 축조 재료는 부산광역시 강서구 명지동에 위치한 낙동강 하류의 4대강 사업 낙동강 제2하구둑 건설 현장에서 구한 것이며, 입도분석과 들밀도시험을 통해 제방재료의 특성을 분석하였다. 해석 대상은 그림 1과 같이 하부투수층과 상부의 제방을 대상으로 하였으며, 제방 사면의 경사는 1:3, 투수층 제방 저면의 길이는 2.50 m, 제방 상부의 길이는 0.40 m, 제체의 높이는 0.35 m이며 하부 투수층의 길이는 6.00 m, 높이는 0.30 m로 제작하였다. 모형 제방은 실물 제방의 축조 방법과 유사하게 다짐을 하기 위해 흙을 쌓으면서 0.

데이터처리

05 m로 제한하였으며 3차원 유한요소망은 삼각형 요소를 사용하였다. 다만, FEMWATER 모형을 이용한 부정류 해석은 너무 오랜 시간이 소요되어 실험과의 결과 비교는 정상 상태 해석을 수행하여 비교하였다.

이론/모형

3차원 유한요소 지하수 모형인 FEMWATER를 이용하여 실험실내에 축조된 모형 제방의 정상상태 침투흐름을 분석하였다. 그 결과 부분적으로 약간의 차이는 있으나, 대체적으로 침윤선 변화를 잘 모의할 수 있었다.
FEMWATER는 초기조건과 경계조건의 지배연립방정식을 풀기 위해 설계되었고 포화·비포화 다공성 매질에서의 흐름과 이송을 계산할 수 있다. 흐름의 지배방정식은 일반적으로 다음과 같은 수정 Richards 방정식을 사용한다.

성능/효과

또한, 수치해석과 모형실험 결과를 비교하면 그림 4와 같다. 이 결과에서 보면 모든 경우에 대해 수치 모형에 의한 침윤선이 실험 결과보다 약간 높게 나타났다. 이것은 제외지 사면에 인접한 부분에서 두드러지며, Case4의 경우를 예로 들면 제외 사면에서 약 0.

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